Wytwarzanie syntetycznych kryształów w coraz większym stopniu zyskuje na znaczeniu. Dla przemysłu istotne są w szczególności materiały półprzewodnikowego o wysokiej czystości, jak krzem i węglik krzemu oraz materiały tlenkowe, jak szafir. Z nich tworzone są wafle lub substraty dla branży półprzewodników i przemysłu solarnego.
Wyciąganie kryształów
Długotrwale stabilne generatory zapewniają optymalne struktury
Metoda „float zone”
W przypadku tej metody pionowy pręt polikrystaliczny (np. krzem) jest stapiany w sposób ciągły (1,5–4 mm/min) w 1-zwojowym induktorze o średnicy kilku mm i pod induktorem jest wyciągany do postaci monokrystalicznej o wysokiej czystości. Oba pręty obracają się w przeciwnych kierunkach i nie stykają się z innymi materiałami ani tyglami. Typowa średnica wyciąganego kryształu wynosi około 200 mm. Ze względu na wysoką czystość kryształy są wykorzystywane do produkcji półprzewodnikowych elementów mocy. W tej metodzie stosowane są generatory TRUMPF Hüttinger wykorzystujące technologię lampową, ponieważ wymagane są wysokie częstotliwości (2–3 MHz) przy dużych mocach (80–120 kW).
Metoda Czochralskiego
Metoda Czochralskiego jest najczęściej stosowaną technologią wyciągania kryształów. Monokryształ jest przy tym wyciągany z ciekłej fazy znajdującej się w tyglu. W przypadku krzemu tygiel jest nagrzewany oporowo, w przypadku kryształów o wyższej temperaturze topnienia (szafir) używane są nagrzewane indukcyjnie tygle z płaszczem grafitowym. Za pomocą wirującego kryształu zaszczepiającego zanurzanego w ciekłym metalu wyciągany jest monokryształ z wydajnością kilku milimetrów na godzinę. Konieczne jest przy tym zapobieganie wahaniom temperatury. Dlatego też generator musi zapewniać niezmienną moc wyjściową przez długi czas. Wymagana jest moc w zakresie 20–100 kW przy częstotliwości około 15 kHz.
Fizyczny transport fazy gazowej (metoda PVT)
Metoda PVT (Physical Vapour Transport) jest wykorzystywana do wytwarzania kryształów węglika krzemu (SiC) o wysokiej czystości do stosowania w branży półprzewodnikowej. W pierwszej kolejności wewnątrz nagrzewanego indukcyjnie grafitowego tygla zostaje wytworzona temperatura przekraczająca 2200°C. Powoduje to przekształcenie materiału wyjściowego w fazę gazową. Powstające cząsteczki węgla i krzemu są transportowane przez gaz nośny, np. argon, wskutek działania naturalnych mechanizmów transportowych do znajdującego się powyżej kryształu zaszczepiającego o niskiej temperaturze. Tam następuje kondensacja i krystalizacja do postaci monokryształu o wysokiej czystości, przy czym nie odbywają się reakcje chemiczne. Zasadnicze znaczenie dla powodzenia tej metody ma dokładna kontrola temperatury w reaktorze. Do nagrzewania reaktora stosowane są generatory TRUMPF Hüttinger w zakresie średnich częstotliwości (5–0 kHz) o mocy znamionowej do 50 kW.
Kontakt